Fundamentos de Diodos: Rectificadores, Filtros, Limitadores y Fijadores de Tensión

Circuitos Rectificadores y Parámetros Clave

A continuación, se detallan las fórmulas fundamentales y características de los circuitos rectificadores más comunes:

Rectificador de Media Onda

• Tensión Eficaz (V_ef): $V_{ef} = V_p / 2$
• Tensión de Corriente Continua (V_dc): $V_{dc} = V_p / \pi$
• Factor de Forma (F_f): $F_f = V_{ef} / V_{dc}$
• Relación del Factor de Forma y Rizado: $F_f^2 = 1 + F_r^2$
• Factor de Rizado (F_r): $F_r = V_{ef(rizado)} / V_{dc}$

Rectificador de Onda Completa

• Tensión Eficaz (V_ef): $V_{ef} = V_p / \sqrt{2}$
• Tensión de Corriente Continua (V_dc): $V_{dc} = 2 V_{ef} / \pi$
• Factor de Forma (F_f): $F_f = V_{ef} / V_{dc}$
• Factor de Rizado (F_r): $F_r = V_{ef(rizado)} / V_{dc}$

Filtros de Rizado en Circuitos Rectificadores

Filtro de Condensador en Derivación

• Tensión de Rizado (V_r): $V_r = I_{dc} / (f \cdot C)$
• Tensión de Corriente Continua (V_cc): $V_{cc} = V_p - (V_r / 2)$

Filtro en Pi (π)

Este filtro combina componentes capacitivos e inductivos para una mejor reducción del rizado.

• Reactancia Capacitiva (X_c): $X_c = 1 / (2 \pi \cdot f \cdot C)$
• Reactancia Inductiva (X_L): $X_L = 2 \pi \cdot f \cdot L$
• Tensión de Rizado de Salida (V_r2): $V_{r2} = X_c \cdot V_{r1} / (R \text{ o } X_L)$

Características y Configuraciones de Diodos

Efectos de la Temperatura en Diodos

• Variación de Voltaje (AV/AT): $-2.5 \text{ mV/ºC}$
• Variación de Corriente Inversa (AI): Aumenta aproximadamente un 7% por cada 1ºC de incremento, y cerca del 100% por cada 10ºC.

Métodos de Construcción de Diodos

Los principales métodos de fabricación incluyen:

1. Método de recrecido (o crecimiento).
2. Método de la mezcla fundida.
3. Método de punto de contacto.

Tipos de Resistencia en Diodos

• Resistencia Estática (R_estática): Es la resistencia definida por el cociente entre el voltaje y la corriente en un punto específico de la curva característica del diodo.
• Resistencia Dinámica (R_dinámica): Es la derivada (o la pendiente de la tangente) en un punto específico de la curva característica del diodo.
• Resistencia Interna (R_interna): Es la resistencia que ofrecen las regiones P y N del semiconductor al flujo de electrones.

Configuraciones Básicas de Diodos

• Diodos en Serie: $I = I_1 = I_2$; $V = V_1 + V_2$.
• Diodos en Paralelo: $V = V_1 = V_2$; $I = I_1 + I_2$.
• Diodos en Antiparalelo: Configuración con polaridades invertidas. Se utiliza para trabajar con fuentes de alterna, ya que si se usa con continua, uno de los diodos estaría continuamente trabajando en polarización inversa.

Aplicaciones de Diodos: Limitadores (Clippers) y Fijadores (Clampers)

Circuitos Limitadores (Clippers)

Los limitadores son circuitos que cortan la forma de onda de entrada en un nivel de tensión predeterminado, ya sea positivo o negativo.

Limitador de Nivel Positivo (Paralelo)

Este circuito elimina los semiciclos positivos. Consiste en una resistencia en serie (para protección) y un diodo en paralelo orientado hacia abajo.

• Primera Aproximación (Diodo Ideal):
  • En el semiciclo positivo, el diodo se polariza directamente y actúa como un interruptor cerrado. La caída de tensión de salida es cero.
  • En el semiciclo negativo, el diodo se polariza inversamente y actúa como un interruptor abierto.
• Segunda Aproximación (Diodo Real):
  • El diodo se modela como un interruptor cerrado en serie con una batería de $0.7 \text{ V}$.
  • En el semiciclo positivo, actúa como un interruptor cerrado en serie con la pila ($+0.7 \text{ V}$).

Limitador de Dos Niveles (Simétrico)

Elimina la señal en ambos extremos (positivo y negativo) con niveles de corte iguales.

Limitador de Nivel Polarizado Positivo

Recorta la onda en la parte positiva, pero con una amplitud diferente a los $0.7 \text{ V}$ que establece el diodo solo. La tensión de corte se establece mediante el voltaje elegido para una batería en serie con el diodo. El limitador polarizado negativo funciona de manera similar, modificando la polaridad de la batería y el sentido del diodo paralelo.

Limitador de Dos Niveles Polarizado (Asimétrico)

Recorta la señal alterna de entrada a dos niveles diferentes, uno positivo y otro negativo.

Circuitos Cambiadores o Fijadores (Clampers)

Los fijadores modifican el nivel de corriente continua (DC) de una onda cualquiera, desplazando la señal verticalmente sin alterar su forma.

Fijador Positivo

Desplaza la forma de onda de entrada (normalmente centrada en $0 \text{ V}$) sumándole una componente de corriente continua. La forma de la señal alterna no se modifica. El circuito comienza su operación en el semiciclo en el que el diodo conduce. Es crucial que el tiempo de descarga del condensador sea muy grande respecto al periodo de la señal de entrada.

Fijador Negativo

Funciona de manera idéntica al positivo, pero restando una componente de corriente continua, desplazando la señal hacia abajo.